Πώς οι κβαντικές ευχές μπορούν να μετατραπούν σε άλογα:Ένα νέο πείραμα σκέψης δείχνει ότι ακόμη και τα μη συμβάντα μπορούν να έχουν αιτιώδεις επιπτώσεις

Το απόσπασμα είναι αρκετά ταιριαστό:«Αν οι ευχές ήταν άλογα, οι ζητιάνοι θα καβαλούσαν». Εάν θέλετε να κατανοήσετε τη μοναδικότητα της κβαντικής μηχανικής, αυτό το κυνικό ρητό παρέχει την πιο βαθιά απεικόνιση, καθώς μερικές φορές διαψεύδεται από αυτήν τη θεωρία.

Είναι αλήθεια ότι η κβαντική μηχανική (QM) είναι μοναδική και λόγω της αρχής της αβεβαιότητας που αμφισβητεί τον κλασικό ντετερμινισμό. στο παράδοξο της γάτας του Σρέντινγκερ που κάνει τη σύγκρουση με την κλασική φυσική ακόμη πιο οξεία. στην περιβόητη δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου όπως αποδείχθηκε από το πείραμα της διπλής σχισμής. και στο παράδοξο Αϊνστάιν-Ποντόλσκι-Ρόζεν που φαίνεται να αντιμετωπίζει την ειδική σχετικότητα. Ωστόσο, το παραπάνω «αν» αποτυπώνει κάτι όχι λιγότερο σημαντικό για την QM, που ελάχιστα έχει ληφθεί υπόψη μέχρι στιγμής.

Αλλά γιατί να έχει σημασία το «Αν οι ευχές ήταν άλογα, οι ζητιάνοι θα ιππεύουν» αν οι ευχές, όπως όλοι γνωρίζουν, δεν είναι άλογα; Εδώ είναι η απάντηση του QM. Αρκεί για τις ευχές του ζητιάνου που μπορούσαν να είναι άλογα, λοιπόν, ακόμα κι αν δεν είναι , η θεωρία μερικές φορές δίνει τη δυνατότητα σε ζητιάνους να τα καβαλήσουν. Αυτό είναι αυτό που οι κβαντικοί φιλόσοφοι αναφέρουν ως «αντιπραγματικό», δηλαδή ένα γεγονός που θα μπορούσε να είχε συμβεί αλλά τελικά δεν συνέβη. Παραδόξως, από τις πολύ δυνητικές από την εμφάνιση αυτής της πιθανότητας, αφήνει ένα αναμφισβήτητο φυσικό αποτέλεσμα.

Το πιο διάσημο παράδειγμα είναι ίσως η «Μέτρηση χωρίς αλληλεπίδραση». Οι Elitzur και Vaidman (EV) [1] έχουν δείξει ότι μια υπερευαίσθητη βόμβα μπορεί να ελεγχθεί για λειτουργικότητα χωρίς να την πυροδοτήσει. Με τον όρο «υπερευαίσθητη» εννοούμε μια βόμβα τόσο λεπτή που ακόμη και η πιο αδύναμη αλληλεπίδραση που είναι γνωστή στη φυσική θα την έκανε να εκραγεί. Προφανώς, λοιπόν, εάν μια τέτοια βόμβα έχει, για παράδειγμα, βραχεί, δεν μπορείτε να τη δοκιμάσετε χωρίς να την πυροδοτήσετε. Ωστόσο, το EV έδειξε ότι το πολύ δυναμικό Η έκρηξη της βόμβας αρκεί για να αφήσει κάπου ένα αιτιολογικό σημάδι –χωρίς να οδηγήσει σε πραγματική έκρηξη– ένα κατόρθωμα που στην κλασική φυσική (όπως και στην κλασική λογική) είναι εξ ορισμού αδύνατο.

Τώρα, οι Yakir Aharonov, Eliahu Cohen, Avshalom Elitzur και Lee Smolin προχώρησαν ένα βήμα παραπέρα [2]. Ας υπάρχουν δύο μακρινά άτομα, το ένα διεγερμένο και το άλλο γειωμένο, διατεταγμένα έτσι ώστε να μπορούν να αλλάζουν τις καταστάσεις τους ανταλλάσσοντας ένα φωτόνιο, δηλαδή τη μικρότερη ποσότητα («κβάντα») φωτός. Σε αυτή την περίπτωση, το άτομο που έχει χάσει ένα φωτόνιο θα στραφεί στη θεμελιώδη κατάσταση ενώ το άλλο που το έχει αποκτήσει θα διεγερθεί (βλ. Εικ. 1).

Εδώ έρχεται η έκπληξη. Σε ορισμένες περιπτώσεις, θα αποδειχθεί ότι, μετά από ένα σημαντικό χρονικό διάστημα, το διεγερμένο άτομο έχει παραμείνει διεγερμένο. Αυτό μπορεί να υποδηλώνει ότι αυτό το άτομο εξακολουθεί να διατηρεί το φωτόνιό του και επομένως το δεύτερο άτομο είναι ακόμα αλεσμένο, δηλαδή δεν έχει λάβει κανένα φωτόνιο. Εν ολίγοις, δεν έχει συμβεί τίποτα πραγματικά, σωστά;

Λανθασμένος! Ένα περίφημο θεώρημα του Bell 1964, το οποίο έχει ήδη αποδείξει ότι κάτι ενδιαφέρον συμβαίνει στο περίφημο πείραμα EPR, ήρθε στη βοήθεια των συγγραφέων. Aharonov et al. έχουν δείξει ότι εάν προετοιμάζετε πολλά τέτοια ζεύγη ενός διεγερμένου και ενός ατόμου εδάφους, τότε ακόμη και σε περιπτώσεις όπου το διεγερμένο και/ή το γειωμένο άτομο έχουν διατηρήσει την αρχική τους κατάσταση, κάτι λεπτό έχει ανταλλάξει μεταξύ των δύο ατόμων. Τόσο πολύ, που ένας φυσικός που δεν γνωρίζει τη μη εμφάνιση της αλληλεπίδρασης θα εξακολουθούσε να ανακαλύπτει ότι τα δύο άτομα έχουν «μπλέξει», δηλαδή επιδεικνύουν κβαντική μη τοπικότητα ακριβώς σαν να έχουν αλληλεπιδράσει μεταξύ τους.

Οι συγγραφείς συνέχισαν να παρουσιάζουν ορισμένες παραλλαγές του πειράματος Gedanken χρησιμοποιώντας είτε πολλά τέτοια άτομα (καθώς επίσης, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, την πολυμερή κατάσταση W που είναι πολύ σημαντική στην κβαντική επεξεργασία πληροφοριών) είτε αδύναμες μετρήσεις (που ρίχνουν περισσότερο φως στην παράδοξο και ανιχνεύοντας τα άτομα ακόμη βαθύτερα).

Για να αναφέρω τους συγγραφείς, το πρόβλημα της μη τοπικότητας, που βρίσκεται στην καρδιά του πειράματος EPR, αποδεικνύεται ότι είναι το μικρότερο πρόβλημα σε αυτή την περίπτωση! Εδώ είναι το σκεπτικό τους. Στο πείραμα EPR, υπάρχει ένας τοπικός μηχανισμός που παράγει με βεβαιότητα δύο διακριτά σωματίδια, στην πραγματικότητα εκπέμπονται από το άτομο σε δύο μακρινές τοποθεσίες, όπου βρίσκονται στην πραγματικότητα ανιχνεύεται από δύο απομακρυσμένους πειραματιστές και μόνο τότε αναδύεται η μη τοπικότητα μεταξύ τους. Σε αυτήν την περίπτωση, ωστόσο, δεν μεταδίδεται ποτέ κανένα φωτόνιο, αλλά εμφανίζεται πλήρης κατάσταση EPR!

Για να επιλυθεί το φαινομενικό παράδοξο προτάθηκε να χρησιμοποιηθεί μια χρονική-συμμετρική προοπτική, π.χ. αυτή που ενεργοποιήθηκε μέσω του φορμαλισμού δύο καταστάσεων-διανυσμάτων της κβαντικής μηχανικής του Aharonov. Σύμφωνα με αυτόν τον φορμαλισμό, όλα τα παρατηρήσιμα αποτελέσματα καθορίζονται εξίσου από γεγονότα στο παρελθόν τους, καθώς και από γεγονότα στο μέλλον τους.

Είναι όμως το προτεινόμενο πείραμα τεχνικά εφικτό; Οι συγγραφείς ελπίζουν ότι αυτή η πρόκληση θα αντιμετωπιστεί από μια κορυφαία πειραματική ομάδα που θα χρησιμοποιεί είτε ουδέτερα άτομα (όπως στα πειράματα Gedanke) είτε δύο ιόντα/κβαντικές κουκκίδες/κέντρα NV.

Μέρος της παραπάνω έρευνας επιχειρήθηκε εδώ και μερικά χρόνια να εξηγήσει την αποτελεσματικότητα των κβαντικών αντιπαραστατικών χρησιμοποιώντας ασθενείς τιμές (αλλά με ισχυρές, προβολικές μετρήσεις). Αυτές οι προσπάθειες, που περιλαμβάνουν «Η περίπτωση του σωματιδίου που εξαφανίζεται και επανεμφανίζεται» [3,4], ελπίζουμε ότι σύντομα θα συγκλίνουν σε μια καλύτερη κατανόηση μιας ποικιλίας κβαντικών φαινομένων, όλα προερχόμενα από την επιλεκτική «λήθη» της Φύσης, όταν πρόκειται για αντιπαραστατικά [ 5].

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Επιδράσεις χωρίς αλληλεπίδραση μεταξύ απομακρυσμένων ατόμων, που δημοσιεύεται στο περιοδικό Foundations of Physics. Αυτή η εργασία διεξήχθη, μεταξύ άλλων, από τον Eliahu Cohen (προηγουμένως το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, τώρα το Πανεπιστήμιο της Οττάβα) και τον Avshalom C. Elitzur από το Πανεπιστήμιο Iyar και Chapman.

Αναφορές

1. A.C. Elitzur, L. Vaidman, Κβαντομηχανικές μετρήσεις χωρίς αλληλεπίδραση, Βρέθηκαν. Phys. 23, 987-997 (1993).
2. Υ. Aharonov, E. Cohen, A.C. Elitzur, L. Smolin, Επιδράσεις χωρίς αλληλεπίδραση μεταξύ απομακρυσμένων ατόμων, Βρέθηκαν. Phys. 48, 1-16 (2018).
3. Υ. Aharonov, E. Cohen, A. Landau, A.C. Elitzur, Η περίπτωση του εξαφανιζόμενου (και επανεμφανιζόμενου) σωματιδίου, Sci. Rep. 7, 531 (2017).
4. A.C. Elitzur, E. Cohen, R. Okamoto, S. Takeuchi, Μη τοπικές αλλαγές θέσης φωτονίου που αποκαλύπτονται από κβαντικούς δρομολογητές, arXiv:1707.09483 (προεκτύπωση).
5. A.C. Elitzur, E. Cohen, Quantum oblivion:Ένα κύριο κλειδί για πολλά κβαντικά αινίγματα. Int. J. Quant. Inf. 12, 1560024 (2014).